DE3151798C2

DE3151798C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Länge einer Strecke oder eines Bogens

Info

Publication number: DE3151798C2
Application number: DE3151798A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Mehnert
Original assignee: MTC MESSTECHNIK und OPTOELEKTRONIK AG NEUENBURG/NEUCHATEL CH; Mtc Messtechnik und Optoelektronik Ag Neuenburg/neuchatel
Current assignee: MITEC MIKROELEKTRONIK MIKROTECHNIK INFORMATIK GmbH
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1985-12-12
Also published as: EP0083082A3; EP0083082B1; US4550504A; EP0083082A2; DE3151798A1; JPS58118905A; ATE33187T1

Abstract

Zur Längenmessung von bei der Relativbewegung zweier Körper durchlaufenen Strecken oder Bögen werden bisher vermittels einer relativbewegungsunabhängigen Rotationsbewegung zwischen einem an dem einen Körper befestigten Markierungsträger und einer am anderen Körper montierten Abtastvorrichtung identifizierte, einen bekannten Abstand vom Relativbewegungsnullpunkt aufweisende Markierungen abgetastet und die Rotationsgeschwindigkeit und der Zeitabstand eines in einer vorbestimmten Stellung der Rotationsbewegung erzeugten Referenzsignals von wenigstens einem Markierungssignal gemessen. Hieraus und aus bekannten Eichwerten wird der Abstand des die Abtasteinrichtung tragenden Körpers von wenigstens einer Markierung und damit vom Relativbewegungsnullpunkt berechnet. Zur Aufrechterhaltung und Überwachung der Konstanz der Rotationsgeschwindigkeit ist dabei ein vergleichsweise hoher Aufwand erforderlich. Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Abtastvorrichtung in eine zur Relativbewegung parallele Oszillationsbewegung mit einer so großen Maximalamplitude versetzt, daß während eines ausreichenden Zeitraums um den Nulldurchgang die Oszillationsgeschwindigkeit jeweils hinreichend konstant ist. Zu ihrer Messung genügen zwei einfach identifizierbare Markierungen eines zweiten, kleinen Markierungsträgers. So läßt sich eine kompakte, gegen Umwelteinflüsse gut schützbare Bauform erzielen.

Description

schärft, daß der Gleichlauf des rotierenden Meßfühlers möglichst wenig gestört werden darf.

Zwar tritt das zuletzt genannte Problem bei dem aus der DE-OS 30 18 496 bekannten Winkel-Meßverfahren nicht auf, weil dort die Skalenscheibe mit hoher Geschwindigkeit rotiert, doch muß auch hier für einen möglichst guten Gleichlauf der Rotationsbewegung gesorgt werden. Darüber hinaus ist es auch bei diesem Verfahren zweckmäßig, mit den beiden Abtasteinrichtungen zwei verschiedene Markierungsgruppen abzutasten, was ebenfalls zu einem hohen Datenverarbeitungsaufwand und einer großen Bauform führt, da jede der beiden Markierungsgruppen günstigerweise auf einer eigenen Skalenscheibe anzuordnen ist

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Beibehaltung der hohen Meßgenauigkeit und des hohen Auflösungsvermögens die Verwendung einer einfacheren, einen geringeren technischen und datenverarbeitungsmäßigen Aufwand erfordernden und damit kostengünstigeren Meßanordnung ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die in den Ansprüchen 1 (Verfahren) bzw. 12 (Vorrichtung) niedergelegten Merkmale vor.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, daß zunächst der Abstand jeder der Markierungen des mit dem einen der beiden Körper fest verbundenen Markierungsträgers (Linearmaßstab oder Kreisscheibe) von einem vorbestimmten Nullpunkt genau bekannt ist Dabei ist es nicht erforderlich, daß dieser Markierungsträger mit besonderer Präzision hergestellt, worden ist. Vielmehr können die auf ihm angebrachten Markierungen vergleichsweise breite Linien sein, deren gegenseitige Abstände keineswegs identisch sein müssen. Vielmehr wird jede der Markierungen einzeln identifiziert und es wird ihr Abstand zur jeweiligen Nachbarmarkierung durch Eichmessungen, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst ausgeführt werden, mit einer der Genauigkeit des verwendeten Zeitmeßverfahrens entsprechenden Genauigkeit bestimmt, woraus sich dann auch der genaue Abstand jeder einzelnen Markierung vom Nullpunkt der Relativbewegung ermitteln läßt Der Anschluß an absolute Größen ergibt sich bei der Messung von Winkeln bzw. Bogenlängen aus der Tatsache, daß jede Markierung des Markierungsträgers von sich selbst auch den Winkelabstand 360° besitzt während bei geradlinigen Längenmessungen die Gesamtlänge des verwendeten Linearmaßstabes durch eine einmalige interferometrische Vermessung bestimmt werden kann.

Die Lösung der mit der Identifizierung der Markierungen, mit der Gewinnung der Eichwerte, mit der Erzeugung zeitlich »punktförmiger«, idealer Marken aus den in Richtung der Relativbewegung eine endliche Breite und — angesichts der angestrebten Meßgenauigkeit — unregelmäßige Außenkonturen besitzenden realen Markierungen sowie mit der Durchführung einer äußerst genauen Messung der Zeitabstände zwischen dem Referenzsignal und den Markierungssignalen verbundenen Probleme ist in den obengenannten Offenlegungsschriften ausführlich beschrieben und kann beim erfindungsgemäßen Verfahren in gleicher Weise erfolgen.

Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, daß die Rotationsbewegung der bekannten Verfahren durch eine Oszillationsbewegung ersetzt wird, die der Meßfühler der Abtastvorrichtung parallel zur Richtung der Relativbewegung bezüglich des auch bei einer Winkelmessung mit dem anderen der beiden Körper starr verbundenen Markierungsträgers ausführt. Diese Oszillationsbewegung verläuft anders als die bekannte Rotations-

bewegung von vornherein mit ungleichförmiger Geschwindigkeit zwischen zwei Umkehrpunkten, in denen das den Meßfühler tragende Schwingelement der Abtasteinrichtung jeweils zur Ruhe kommt, um in Richtung des anderen Umkehrpunktes zuerst beschleunigt und

ίο dann wieder so stark abgebremst zu werden, daß seine Geschwindigkeit im anderen Umkehrpunkt kurzzeitig gleich Null wird.

Um möglichst einfache Verhältnisse zu erhalten, ist es vorteilhaft, den oszillierenden Meßfühler so anzuordnen, daß seine Meßschwerlinie in Richtung der Oszillationsbewegung gesehen durch die Mitte des Schwingsystems verläuft, und überdies die Meßnormale durch den Mittenpunkt der Oszillationsbewegung, d. h. also durch den Punkt zu legen, bezüglich dessen die Umkehrpunkte der Meßschwerlinie symmetrisch liegen.

Nimmt man nun an, daß der Meßfühler zum Zeitpunkt fi ein Signal abgibt, weil seine Meßschwerlinie eine Markierung überstreicht, von der die Meßnormale den auszumessenden Abstand d hat, und daß das Referenzsignal genau dann erzeugt wird, wenn die Meßschwerlinie des Meßfühlers mit der Meßnormalen zusammenfällt (d. h. bei Auslenkung Null des Schwingsystems zum Zeitpunkt f₂), so gilt für den gesuchten Abstand

d=(t₂- t\)v =/it ■ ν.

wenn ν die effektive mittlere Geschwindigkeit des Schwingsystems im Zeitraum Δ t ist Bei entsprechend

genauer Kenntnis von ν ergibt sich also der gesuchte Abstand d mit der Genauigkeit der durchgeführten Zeitmessung.

Aus der US-PS 34 35 918 und aus »Technisches Messen atm«, 1976, Heft 11, Seiten 345 bis 348, ist es im Zusammenhang mit Positionier- bzw. Meßeinrichtungen zwar bekannt, wenigstens einem von zwei gegeneinander verschiebaren Körpern eine zusätzliche Oszillationsbewegung aufzuprägen, um die Reibung zwischen den beiden Körpern zu verringern. Dabei handelt es sich jedoch um erschütterungsartige Bewegungen mit sehr kleiner Amplitude und nicht um eine periodische Oszillationsbewegung, die ein Meßfühler bezüglich des einen der beiden Körper ausführt, um auch bei Stillstand der beiden Körper die Markierungen eines Mar-

kierungsträgers abtasten zu können, der fest mit dem anderen der beiden Körper verbunden ist Somit kann der Fachmann diesen Druckschriften keine Anregung entnehmen, die aus der DE-OS 30 18 496 und der DE-OS 3018 527 bekannte Rotationsbewegung des Meß-

fühlers durch eine hin- und hergehende Oszillationsbewegung zu ersetzen. Auch geben diese Druckschriften keinerlei Hinweis darauf, in welcher vorbestimmten Lage des Meßfühlers das Referenzsignal erzeugt werden soll, bezüglich dessen der Zeitabstand der Meßfühlersi-

eo gnale zu messen ist

Der Gegenstand des Anspruches 1 wird somit durch eine Kombination der vier genannten Druckschriften weder vorweggenommen noch nahegelegt Nun hat sich gezeigt, daß ein erfindungsgemäßes

Schwingsystem insbesondere bei Ansteuerung mit einem sinusförmigen Erregungssignal bei jedem einzelnen Oszillationshub zwischen der Beschleunigungs- und der Abbremsphase einen Zeitraum durchläuft, in dem

seine Geschwindigkeit mit sehr guter Näherung als konstant angesehen werden kann. Gibt man eine genügend große Maximalamplitude für die Oszillationsbewegung und einen hieran angepaßten Maximalabstand der auf dem Markierungsträger befindlichen Markierungen vor, so läßt sich immer erreichen, daß der in Gleichung (1) eingehende Zeitabstand Δ t in den Zeitraum fällt, in dem die Oszillationsgeschwindigkeit konstant ist Damit kann dann der effektive Mittelwert ν aus Gleichung (1) durch die konstante Geschwindigkeit vo ersetzt werden.

Dabei ist eine Langzeitkonstanz des Wertes von vo in keiner Weise erforderlich, da es erfindungsgemäß möglich ist, entweder die Geschwindigkeit v₀ direkt oder eine andere, diese Geschwindigkeit kennzeichnende Größe für jeden Oszillationshub gesondert zu messen und den entsprechenden Wert zur Berechnung von d nach Gleichung (1) mit dem bei eben diesem Oszillationshub gemessenen Zeitabstand Δ t zu kombinieren.

Zur Erzeugung des Referenzsignales ist es vorteilhaft, mit dem oszillierenden Meßfühler einen zweiten Markierungsträger mitoszillieren zu lassen, der durch einen zweiten Meßfühler abgetastet wird, der unbeweglich an dem die Abtastvorrichtung tragenden Körper befestigt ist Dieser zweite Markierungsträger ist jedoch im Gegensatz zu den bekannten Verfahren keine große, eine Vielzahl von Markierungen tragende Skalenscheibe, sondern beispielsweise ein kleiner plättchenförmiger Glasmaßstab, der neben der wenigstens einen zur Erzeugung des Referenzsignals dienenden Markierung vorteilhafterweise auch noch zwei weitere Markierungen aufweist die so angeordnet sind, daß der Zeitabstand der zwischen den ihnen zugeordneten, vom zweiten Meßfühler abgegebenen Signalen gemessen werden kann, ein exaktes Maß für die oben erwähnte, konstante Oszillationsgeschwindigkeit v₀ bildet

Es ist vorteilhaft die zur Erzeugung des Referenzsignals dienende Markierung in der Mitte des mitschwingenden Markierungsträgers anzubringen und diesen am Schwingsystem so zu befestigen, daß die Meßschwerlinie des oszillierenden Meßfühlers mit dieser Markierung möglichst genau zusammenfällt Der den mitschwingenden Markierungsträger abtastende Meßfühler wird günstigerweise so an dem die Abtastvorrichtung tragenden Körper befestigt, daß seine Meßschwerlinie mit der durch den Mittenpunkt der Oszillationsbewegung verlaufenden Meßnormalen zusammenfällt

Durch die oben erwähnte Ausbildung des mitschwingenden Markierungsträgers als kleines, leichtes Plättchen ist es möglich, die Masse des gesamten Schwingsystems außerordentlich niedrig zu halten, so daß sich eine hohe Schwingfrequenz mit einer entsprechend großen Anzahl von pro Zeiteinheit gewinnbaren Meßwerten realisieren läfii, aus denen zur weiteren Steigerung der Meßgenauigkeit der Mittelwert gebildet werden kann.

Auch die zur Erzeugung der Schwingbewegung vorteilhafterweise verwendeten elektromagnetischen Spulen und die gesamte Lager- und Führungsvorrichtung für das Schwingsystem lassen sich sehr klein gestalten, so daß man insgesamt eine sehr kompakte, auf einfache Weise gegen Schmutz-, Staub- und Feuchtigkeitseinwirkung abzuschirmende Anordnung erhält Darüber hinaus ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten, den hin- und herschwingenden Meßfühler und die zugehörige Lichtquelle mit der ruhenden elektronischen Schaltung zu verbinden. Da der mitschwingende Markierungsträger nur eine sehr kleine Anzahl von Markierungen aufweist deren Identifizierung auf sehr einfache Weise möglich ist und von denen im wesentlichen nur der Abstand der beiden Markierungen genau bekannt und gespeichert sein muß, die zur Ermittlung des die Geschwindigkeit v_a kennzeichnenden Zeitabstandes dienen, ist auch der bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung erforderliche Datenverarbeitungsaufwand wesentlich kleiner als beim Stand der Technik.

V/ie bereits angedeutet, werden die beiden zur Gewinnung eines die Geschwindigkeit vo kennzeichnenden ίο Wertes dienenden Markierungen auf dem mitschwingenden Markierungsträger vorteilhafterweise symmetrisch zur Mitte des Schwingungsträgers und von dieser so weit beabstandet angebracht, daß bei vorgegebener Maximalamplitude der Oszi'iationsbewegung die Geis schwindigkeit des Schwingungssystems in dem Zeilraum als konstant betrachtet werden kann, der bei einem Oszillationshub zwischen dem Vorbeilaufen der in der betreffenden Bewegungsrichtung vorderen der beiden Markierungen und dem Vorbeilaufen der hinteren der beiden Markierungen am zweiten Meßfühler verstreicht Wird dann für die beiden während dieses Oszillationshubs erzeugten Signale, die den in Rede stehenden Markierungen zugeordnet sind, ein Zeitabstand I₀ gemessen, so gilt für die interessierende Geschwindigkeit Vo

5b ίο

wenn Sq der bekannte, einmal sehr genau ausgemessene räumliche Abstand der beiden Markierungen auf dem mitschwingenden Markierungsträger ist. Setzt man Gleichung (2) in die obige Gleichung (1) ein, so erhält man

Al

to

Daraus ergibt sich unmittelbar, daß der interessierende Abstand d mit der Genauigkeit gewonnen wird, mit der der Markierungsabstand so und die Zeitabstände Δ t und fo gemessen worden sind.

Da, wie erwähnt, die Konstanz von vo zwischen den beiden zugehörigen Markierungen nur dann gewährleistet ist wenn die maximale Amplitude der Oszillationsbewegung einen vorbestimmten Minimalwert nicht unterschreitet ist es vorteilhaft die Einhaltung dieser Bedingung ständig zu überwachen. Dies geschieht erfindungsgemäß mit Hilfe von zwei weiteren auf dem mitschwingenden Markierungsträger angebrachten Markierungen, die von der Mitte des Markierungsträgers so weit beabstandet sind, daß sie sich am zweiten Meßfühler nur dann kurz vor und kurz nach Durchlaufen des zugehörigen Umkehrpunktes vorbeibewegen, wenn die maximale Auslenkung des Schwingsystems aus seiner Mittellage die vorbestimmte Mindestgröße erreicht

Vorteilhafterweise können diese beiden zuletzt genannten Markierungen unterschiedlich weit von der Mitte des Schwingsystems beabstandet angebracht werden, so daß die beiden Impulse, die die eine Markierung beim Durchlaufen des ihr zugeordneten Umkehrpunktes erzeugt einen anderen zeitlichen Abstand besitzen, als die beiden Doppelimpulse, die die andere Markierung beim Durchlaufen ihres Umkehrpunktes verursacht Diese unterschiedlichen Zeitabstände dienen dann als Signal, das die Bewegungsrichtung des jeweils nachfolgenden Oszillationshubes kennzeichnet Diese Bewegungsrichtung ist deswegen von Bedeutung,

weil sie darüber entscheidet, ob der ausgemessene Abstand d zu dem bekannten Abstand der abgetasteten Markierung des ersten Markierungsträgers vom Nullpunkt der Relativbewegung addiert oder subtrahiert werden muß, um den Abstand der Meßnormalen vom Nullpunkt der Relativbewegung zu erhalten.

Besonders genaue Meßergebnisse erhält man dann, wenn die Markierungen auf dem ersten Markierungsträger so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß der oszillierende Meßfühler in dem Zeitraum, in welchem die Geschwindigkeit v₀ des Schwingsystems konstant ist, immer zwei dieser Markierungen überstreicht, wobei dann die beiden entsprechenden Zeitabstände vom Referenzsignal gemessen werden. Für die Meßnormale ergeben sich dann zwei Abstände d 1 und dl, deren Sum- is me gleich dem Abstand der beiden überstrichenen Markierungen sein muß, wenn sich die beiden Körper während der Durchführung der Messung nicht gegeneinander bewegen. Dieses Kriterium kann entweder zur Überprüfung der gewonnenen Meßwerte oder zur Ermittlung der Geschwindigkeit einer gerade stattfindenden Relativbewegung zwischen den beiden Körpern verwendet werden.

Bei den obigen Überlegungen zur Erzeugung des Referenzsignals, zur Messung der momentanen Oszilla- tionsgeschwindigkeit und zur Überwachung der Maximalamplitude der Oszillationsbewegung war immer davon die Rede, daß ein zweiter kleiner Markierungsträger mit dem ersten Meßfühler mitoszilliert und der diesen zweiten Markierungsträger abtastende zweite Meß- fühler an dem die Abtasteinrichtung tragenden Körper fest angeordnet ist. Dies kann ohne Änderung des erfindungsgemäßen Prinzips auch in der Weise umgekehrt werden, daß am Schwingsystem zwei Meßfühler, vorteilhafterweise mit zusammenfallenden Meßschwerli- nien befestigt sind, von denen der zweite einen am Körper befestigten zweiten Markierungsträger abtastet

Für den Fall, daß der erste Markierungsträger ein Linearmaßstab ist der, wie bereits erwähnt unter Umständen eine erhebliche Länge besitzen kann, ist es zur Erzielung einer staub- und feuchtigkeitsdichten Anordnung vorteilhaft den Linearmaßstab im Inneren eines im wesentlichen U-förmigen Hohlprofils anzuordnen, das an seinen beiden Enden beispielsweise durch Stirnplatten dicht abgeschlossen ist während seine offene Seite durch zwei mit einem unter Druck stehenden Medium füllbare Dichtkörper verschließbar ist die im gefüllten Zustand mit einem solchen Druck aneinander anliegen, daß ein Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit in das Innere des Hohlprofils ausgeschlossen ist In diesem Fall ist der die Abtastvorrichtung tragende Körper mit einem Ann versehen, an dessen Spitze die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung befestigt ist Dieser Arm ragt zwischen den beiden Dichtkörpern hindurch in das Innere des Hohlprofils hinein, so daß der dort befindliche Linearmaßstab abgetastet werden kann. Versieht man den Arm mit entsprechenden Keilflächen, so liegen die beiden Dichtkörper auch an seinen Außenflächen völlig dicht an und er ist in Längsrichtung des Hohlprofils verschiebbar, ohne daß der dichte Abschluß des Innenraums des Hohlprofils unterbrochen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtasten eines Linearmaßstabes,

F i g. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch

die Vorrichtung aus F i g. 1 längs der Linie H-II,

F i g. 3 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Teiles des Linearmaßstabes und der Abtastvorrichtung und

F i g. 4 ein über der Zeit aufgetragenes Impulsdiagramm zur Erläuterung der Vorrichtung gemäß F i g. 3.

Die F i g. 1 und 2 zeigen zwei linear gegeneinander in Richtung des Doppelpfeils F verschiebbare Körper 2 und 3, von denen der erste von einem langen sich in Richtung des Doppelpfeils Ferstreckenden, im wesentlichen U-förmigen Hohlprofil 4 und der andere von einem sich senkrecht zur Längsrichtung des Hohlprofils 4 erstreckenden und mit seinem freien Ende 5 in den Innenraum des Hohlprofils hineinragenden Arm 6 gebildet wird, der an diesem freien Ende S eine Abtastvorrichtung 8 trägt die dazu dient einer, in Form eines Linearmaßstabes 9 ausgebildeten Markierungsträger abzutasten, der sich im wesentlichen Ober die gesamte Länge des Hohlprofils 4 erstreckt und so an der die beiden Profilschenkel 10,11 miteinander verbindenden Profilrückwand 12 befestigt ist daß er von ihr zu dem die Abtastvorrichtung 8 tragenden Arm 6 hin vorsteht. Auf dem Linearmaßstab 9 ist eine Vielzahl von in Richtung der Linearbewegung voneinander beabstandeten Markierungen 14 angebracht mit deren Hilfe der Abstand einer mit dem Arm 6 sich mitbewegenden Meßnormalen 16 von einem in den Figuren nicht dargestellten Nullpunkt der Linearverschiebung bzw. die Länge der vom Körper 3 bei einer Linearbewegung zurückgelegten Strecke gemessen werden soll.

In einem konkreten Anwendungsfall kann beispielsweise das Hohlprofil 4 mit einem langgestreckten Maschinenrahmen verbunden sein, während der Arm 6 starr mit einem längs des Maschinenrahmens verschiebbaren Maschinenschlitten verbunden ist.

Die Markierungen 14 besitzen jeweils die Form eines schmalen, langgestreckten, im wesentlichen auf der Richtung der Linearbewegung senkrecht stehenden Streifens, der sich hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit von den ihn umgebenden Bereichen des linearen Markierungsträgers 9 unterscheidet

Somit können diese Markierungen 14 mit Hilfe eines im vorliegenden Fall als Differential-Photodiode ausgebildeten Meßfühlers 18 der Abtastvorrichtung 8 abgetastet werden, der, wie man insbesondere der F i g. 2 entnimmt in dem einen Schenkel eines den Linearmaßstab 9 gabelartig umgreifenden Meßfühlerträgers 19 montiert ist während in dem gegenüberliegenden Schenkel des Meßfühlerträgers eine Lichtquelle 20 so angeordnet ist daß die Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 20 und dem Meßfühler 18 in etwa senkrecht auf der die Markierungen 14 tragenden Oberfläche des linearer· Markierungsträgers 9 steht

Der Meßfühlerträger 19 ist fest mit dem Mittelteil von zwei in F i g. 2 übereinander angeordneten, geraden Stangen 23,24 verbunden, deren freie Ende über Gleitlager von den beiden Schenkeln 25, 26 eines in der Draufsicht der F i g. 1 im wesentlichen U-förmigen Lagerbocks 27 so getragen sind, daß sich die beiden Stangen 23, 24 parallel zur Richtung der Linearbewegung erstrecken. Dabei sind die beiden den Meßfühlerträger 19 gabelartig umgreifenden Schenkel 25,26 des am vorderen Ende 5 des Armes 6 starr montierten Lagerbocks 27 so weit voneinander beabstandet, daß der Meßfühlerträger 19 zwischen ihnen aufgrund der gleitenden Lagerung der ihn tragenden Stangen 23,24 eine Oszillationsbewegung in Richtung der Linearverschiebung ausführen kann.

Diese Oszillationsbewegung wird dadurch erzeugt, daß auf den vom Meßf ühlerträgvsr 19 abgewandten Seiten der Schenkel 25,26 d&s Lagerbocks 27 jeweils eine elektromagnetische Spule 29,30 so angeordnet ist, daß die aus einem ferromagnetischen Material bestehende obere Stange 23 mit ihren freien Enden als Kern in diese beiden Spulen hineinragt und somit durch die Ansteuerung dieser beiden Spulen 29,30 mit einem entsprechenden elektrischen Signal in Richtung des Pfeiles F hin- und herbewegt werden kann. Die zur Ansteuerung der Spulen 29,30 dienenden elektrischen Anschlüsse sind in den Figuren der besseren Deutlichkeit halber ebensowenig dargestellt, wie die zur Lichtquelle 20 und zum Meßfahler 18 fahrenden Drähte.

Aufgrund der in Richtung des Pfeiles F erfolgenden standigen Oszillationsbewegung des Meßfühleiträgers 19 aberstreicht das von der Lichtquelle 20 zum Meßfühler 18 gehende Lichtbündel auch dann, wenn zwischen den beiden Körpern 2,3 kerne Relativbewegung stattfindet, in ständigem Wechsel lichtundurchlässige Markierungen 14 und lichtdurchlässige Markierungszwischenräume, wodurch es moduliert wird.

Im vorliegenden Fall dient die untere Stange 24 lediglich zur Führung des aus dem Meßfühlerträger 19 und der oberen Stange 23 gebildeten Schwingelements 22. Sie könnte aber ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material bestehen und zumindest mit einem ihrer freien Enden als Kern in eine weitere elektromagnetische Spule eintauchen, die dann ein die tatsächliche Oszillationsbewegung des Schwingelementes 22 widerspiegelndes elektrisches Signal abgeben würde, durch dessen Auswertung beispielsweise die effektive mittlere Oszillationsgeschwindigkeit ν eines vorgegebenen Abschnittes eines jeden Oszillationshubs ermittelt werden konnte.

In seinem zwischen dem vorderen Ende 5 des Armes 6 und dem Meßfühlerträger 19 liegenden Bereich weist der Lagerbock 27 einen in F i g. 2 horizontalen, sich in Richtung der Linearbewegung erstreckenden Schlitz 32 auf, in dem ein sich parallel zum ersten Markierungsträger 9 erstreckender, fest am Meßfühlerträger 19 montierter und mit diesem mitschwingender zweiter Markierungsträger 35 angeordnet ist Dieser als, kleines Plättchen ausgebildete zweite Markiemngsträger 35 weist, wie weiter unten ausführlich erläutert wird, einige sich hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit von den sie umgebenden Bereichen des zweiten Markierungsträgers 35 unterscheidende Markierungen 45 bis 49 auf, die als sich senkrecht zur Richtung der Oszillationsbewegung und damit zur Richtung der Linearverschiebunp erstreckende schmale Striche ausgebildet sind.

Diese Markierungen 45 bis 49 werden von einem ebenfalls von einer Differential-Photodiode gebildeten zweiten Meßfühler 36 abgetastet, der im Lagerbock 27 unterhalb des Schlitzes 32 so montiert ist, daß die Verbindungslinie zwischen ihm und einer im Lagerbock 27 über dem Schlitz 32 angeordneten Lichtquelle 37 in etwa senkrecht auf der die Markierungen 45 bis 49 tragenden Oberfläche des zweiten Markierungsträgers 35 steht

Durch die in Richtung des Pfeiles F erfolgende Oszillationsbewegung des zweiten Markierungstrjlgers 35 laufen in ständigem Wechsel lichtdurchlässige Markierungen 45 bis 49 und lichtundurchlässige Markierungszwischenräume durch das Meßlichtbündel der vom zweiten Meßfühler 36 und seiner Lichtquelle 37 gebildeten, fest mit dem Körper 3 verbundenen zweiten Abtasteinrichtung hindurch, wodurch dieses Lichtbündel ebenfalls moduliert wird.

Als lichtquellen 20 und 37 finden bevorzugt licht emittierende Dioden Verwendung, bei denen es sich entweder um LED's oder um Laser-Dioden handeln kann.

An den zum Arm 6 hingewandten Endbereichen der Schenkel 10,11 des Hohlprofils 4 ist jeweils auf der zum gegenüberliegenden Schenkel weisenden Innenseite ein mit einem unter Druck stehenden Fluid füllbarer Schlauch 39 bzw. 40 befestigt, der sich über die gesamte

•o Länge des Hohlprofils 4 erstreckt und an dessen in F i g. 1 nicht wiedergegebenen, in der dortigen Draufsicht aber links bzw. rechts befindlichen Enden an dort angeordneten, den Querschnitt des Hohlprofils überdeckenden Stirnflächen dichtend anliegt Die Quer- schnittsabmessungen der Schläuche 39, 40 sind so bemessen, daß sie sich im gefüllten Zustand in den neben dem Arm 6 liegenden Bereichen längs einer Fläche 41 berühren und somit den Innenraum des Hohlprofüs 4 luft- und staubdicht abschließen. In dem Bereich,'in dem er zwischen den beiden Schläuchen 39,40 hindurchtreten muß, ist der Arm 6 mit in F i g. 1 durch punktierte linien wiedergegebenen keilförmigen Flächen versehen, die ohne scharfe Kanten zu bilden in die in F i g. 2 obere bzw. untere Fläche des Armes 6 übergehen, an der in F i g. 1 linken bzw. rechten Seitenkante des Armes 3 ihre geringste Dicke besitzen und zur Mitte des Armes 3 hin bis auf dessen Maximalstärke ansteigen.

Durch diese Keilflächen werden die Schläuche 39,40 in dem Bereich, in denen der Arm 6 zwischen ihnen hindurchtritt, zwar auseinandergedrückt und in der in F i g. 2 dargestellten Weise verformt Dabei liegen die Schläuche 39,40 aber so an den Keilflächen des Armes 6 an, daß der Innenraum des Hohlprofils 4 völlig abgedichtet bleibt, obwohl der Arm 6 in Richtung des Pfeiles F über die gesamte Länge des Hohlprofils 4 frei verschieblich ist Diese Anordnung bietet den großen Vorteil, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren • arbeitende Vorrichtung zum Abtasten eines langgestreckten Linearmaßstabes auch in einer Umgebung mit starker Staubeinwirkung eingesetzt werden kann, ohne daß es zu einem Verschmutzen der Markierungsträger bzw. der Abtasteinheiten kommt

In Fig.l ist der besseren Deutlichkeit halber der obere, geschnitten dargestellte Schlauch 39 im Bereich des Armes 6 unterbrochen, so daß hier nur der untere, nicht geschnittene Schlauch 40 sichtbar ist

Die beiden Schenkel 25,26 des Lagerbocks 27 sind an ihrem oberen bzw. unteren Ende jeweils durch einen sich in Richtung der Linearbewegung erstreckenden

so Verbindungssteg 70 bzw. 71 (siehe insbesondere F i g. 2) miteinander verbunden. In jedem dieser Stege ist eine sich in Richtung der Linearbewegung erstreckende V-förmige Nut 76,79 ausgebildet und so angeordnet daß in F i g. 2 die Verbindungslinie der beiden Nuten mit der Verbindungslinie der Mitten der beiden Stangen 23,24 zusammenfällt Die beiden Nuten 76, 79 dienen dazu, jeweils eine Vielzahl von Kugeln, von denen in F i g. 2 jeweils nur eine, nämlich die obere Kugel 74 und die untere Kugel 75 dargestellt sind, aufzunehmen und so zu haltern, daß diese Kugeln bei der Linearbewegung des Armes 6 in Richtung des Pfeils F vom Lagerbock 27 mitgenommen werden.

In den den Außenflächen der Verbindungsstege 70,71 unmittelbar und mit einem sehr geringen Abstand ge genüberliegenden Innenflächen der Schenkel i0,11 des U-förmigen Hohlprofüs 4 sind zwei weitere V-förmige Nuten 77, 78 ausgebildet, in denen die Kugeln der so erzeugten linearen Kugellager 72,73 geführt werden.

15 16

Die Scheitelwinkel der Nuten 77,78 im Hohlprofil 4 dem zweiten Markierungsträger 35 bestehenden

sind wesentlich stumpfer als die Scheitelwinkel der Nu- Schwingsystems. Das Schwingsystem ist hinsichtlich sei-

ten 76, 79 im Lagerbock 27 ausgebildet Dadurch wird ner geometrischen Ausdehnung zu dieser Mitte symme-

erreicht, daß der bei dieser Anordnung notwendiger- triscn ausgebildet

weise auftretende Schlupf der Kugel 74,75 in den Nuten s Auf dem zweiten Markierungsträger 35 befindet sich

76,79 des Lagerbocks 27 am tritt, während in den Nuten im vorliegenden Fall eine auf der Meßschwerlinie des

77,78 des Hohlprofils 4 ein einwandfreies Abrollen der oszillierenden Meßfühlers 118 liegende erste Markierung

Kugeln 74, 75 gewährleistet ist Hierdurch wird in vor- 45, die dazu dient, immer dann, wenn ihre optische Mitte

teilhafter Weise eine außerordentlich exakte und leicht- die Meßschwerlinie des feststehenden Meßfühlers 36

gängige Führung des frei vom Körper 2 vorkragenden io aufgrund der Oszillatiomsbewegung des Schwing-

Lagerbocks bezüglich des am anderen Körper 3 hefe- systems überstreicht, das im vorliegenden Fall die NuIl-

stigten Hohlprofils 4 erreicht auslenkung des Schwingsystems kennzeichnende Refe-

Gegenüber dem eben beschriebenen, eine Vorrich- renzsignal zu erzeugen.

tung zum Ausmessen geradliniger Relativbewegungen In Richtung des die Oszillationsrichtung angebenden zwischen zwei Körpern 2 und 3 dienenden Ausfüh- 15 Doppelpfeils F gesehen sind links und rechts von der rungsbeispiel weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ersten, zur Erzeugung des Referenzsignals dienenden zum Ausmessen von Winkelverschiebungen den Haupt- Markierung 45 zwei weitere Markierungen 46 und 47 unterschied auf, daß anstelle des Linearmaßstabes 3 ei- angeordnet, von denen jede von der ersten Markierung ne kreisförmige Skalenscheibe abgetastet wird, die an 45 den Abstand So/2 besitzt, so daß der Gesamtabstand dem einen der beiden Körper konzentrisch zur Dreh- 20 der beiden Markierungen 46,47 gleich S₀ ist Dieser Abachse der Relativbewegung montiert ist Der andere der stand wird wenigstens einmal nach irgendeinem bebeiden Körper trägt dann die Abtastvorrichtung, die kannten Verfahren, beispielsweise interferornetrisch, ebenso aufgebaut sein kann, wie die oben beschriebene mit Hilfe eines Meßmikroskops oder vorteilhafterweise Abtasteinrichtung 8, und die so angeordnet wird, daß die unter Verwendung der in der DE-OS 3018 528 bedurch die Meßschwerlinie des zweiten Meßfühlers defl- 25 schriebenen Vorrichtung sehr genau ausgemessen. Im nierte Meßnormale 16 als Radialstrahl die Drehachse letzteren Fall wird zunächst eine ganze kreisförmige der Relativbewegung schneidet Um zu vermeiden, daß Skalenscheibe, die eine Vielzahl von Markierungen aufbei einem kleinen Radius der Skalenscheibe, wie er für weist genau vermessen und dann in einzelne Stücke die Erzielung einer kleinen Bauform günstig ist die bei geteilt von denen jedes die für die Durchführung des einer geradlinigen Oszillationsbewegung des Schwing- 30 erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Markiesystems gemessenen geradlinigen Abstände zwischen rungen trägt deren Abstand damit sehr genau bekannt Markierungen der Skalenscheibe und der Meßnormalen ist Dieser Abstand ist so gewählt daß bei vorgegebener auf Bogenabstände umgerechnet werden müssen, kann Maximalamplitude der sinusförmigen Oszillationsvorteilhafterweise die oben beschrieben Abtastvorrich- schwingung die Oszillationsgeschwindigkeit in dem tung so modifiziert werden, daß sich der erste Meßfüh- 35 Zeitraum mit sehr guter Näherung als konstant betrachler auf einer Teilkreisbahn hin- und herbewegt deren tet werden kann, der bei jedem Oszillationshub zwi-Mittelpunkt in der Drehachse der Relativbewegung sehen dem Oberstreichen der Meßschwerlinie des festliegt. Da hier zwischen dem feststehenden Markierungs- stehenden Meßfühlers 36 durch die bei dieser Hubbeträger und seiner Abtastvorrichtung keine geradlinigen wegung vordere der beiden Markierungen 46, 47 und Verschiebungen auftreten, kann die gesamte Anord- 40 dem Oberstreichen dieser Meßschwerlinie durch die nung ohne weiteres in einem geschlossenen Gehäuse hintere der beiden Markierungen 46,47 vergeht, untergebracht und gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt Schließlich weist der Markierungsträger 35 zwei in werden, wobei das Gehäusewegen der Verwendung nur der Nähe des linken bzw. rechten Randes angeordnete einer Skalenscheibe und der geringen Größe der oszil- Markierungen 48,49 auf, die so angeordnet sind, daß sie lierenden Abtastvorrichtung sehr kleine Abmessungen 45 kurz vor und nach dem Durchgang des Schwingsystems aufweisen kann. durch seinen Umkehrpunkt die Meßschwerlinie des

F i g. 3 zeigt nochmals in schematisierter Form und feststehenden Meßfühlers 36 nur dann überstreichen,

mit größerem Maßstab die beiden gegeneinander be- wenn das Schwingsystem die Mindest-Maximalauslen-

wegbaren Körper 2 und 3 sowie den am einen Körper kung erfahren hat die die Konstanz der Oszillationsge-

befestigten Markierungsträger 9 und die am anderen 50 schwindigkeit während des oben definierten Zeitraumes

Körper angebrachte Abtastvorrichtung 8. Von den gewährleistet. Markierungen 14 des Markierungsträgers 9 sind nur Darüber hinaus können die beiden Markierungen 48,

zwei, nämlich die Markierung 14„ und 14_n+i wiederge- 49 etwas asymmetrisch zur Mitte des Markierungsträ-

geben. gers 35 angeordnet sein, so daß das Doppelsignal, das

Der Körper 3 ist bezüglich des Körpers 2 so positio- 55 von der einen Markierung 48 beim Durchlaufen des ihr niert, daß die Meßnormale 16, die durch den Trennsteg zugeordneten Umkehrpunktes erzeugt wird, einen ander am Körper 3 als zweiter Meßfühler 36 befestigten deren Abstand aufweist als das von der anderen Mar-Differentia!· Photodiode definiert ist von der Markie- kierung 49 beim Durchlaufen des anderen Umkehrrung 14„₊1 den Abstand (/besitzt punktes erzeugte Doppelsignal. Aus diesen Zeitunter-Über dem Meßfühler 36 befindet sich das Schwing- 60 schieden kann dann auf die Richtung der nachfolgenden system, von dem in F i g. 3 in stark schematisierter Wei- Oszillationsbewegung geschlossen werden, se nur der oszillierende Meßfühler 18 und der mit ihm In F i g. 4 sind in einem Zeitdiagramm in der ersten verbundene zweite Markierungsträger 35 wiedergege- Zeile die Signale des feststehenden Meßfühlers 36 und ben sind. Der besseren Deutlichkeit halber sind hier die in der zweiten Zeile die Signale des oszillierenden Meß-Lager- und Antriebsvorrichtungen für das Schwing- 65 fühlers 18 aufgetragen, die sich bei der in F i g. 3 dargesystem weggelassen. stellten Situation ergeben, wenn das Schwingsystem aus Die Meßschwerlinie 42 des oszillierenden Meßfühlers der in der F i g. 3 gezeigten Position weiter nach rechts 18 definiert die Mitte des aus diesem Meßfühler 18 und zum dort liegenden Umkehrpunkt hin schwingt. Dabei

17 18

entspricht die gestrichelte linie 51 in F i g. 4 ungefähr wirklich mit einer Maximalamplitude schwingt, die die dSnin Fi g. 3 quasi durch eine Momentaufnahme fest- Konstanz von voim Ze.traum fc gewährleistet mIhXnen^eitnunkt Gemäß einer nicht dargestellten Ausfuhrungsform

taESS der Fig.4 sind links von de* ge- kann vorgesehen sein, daß am Meßfühlerträger 19 nicht strichelten linie 51 die beiden Signale 53,54 dargestellt, 5 ein zweiter Markierungstrager sondern ein zweiter dtevomfeststehendenMeßfühlerSebzw.seinemBach- MeflruhlersomonueTtistdaBsemeMeBschWerh^mit geschalteten Geber beim Durchlaufen des vorausge- der des ersten Meßfühlers 18 zusammenfällt In diesem henden Umkehφunktes des Schwingsystems aufgrund Fall ,st dann der zweite Markierungstrager fest mit dem desVorbeiIaufensderMarkierung49erzeugtwurde_n. Lagerbock 27 oder einem anderen Teil des Arms 6 so

BdderausderSteUungderFig-aherausnachrechts ,o verbunden, daß er bei der Oszilkitionsbewegung des erfolgenden Bewegung des Schwingsystems über- Schwmgsystems 22 vom zweiten Meßfühler abgetastet streichtzunächstdiebeidiesemOszfflationshub vordere wird. Vorzugsweise wird die auf diesem zweiten Marder beiden Markierungen 46.47, d.h. die Markierung 47 kierungsträger befindliche Markierung ™ Erzeugung die Meßschwerlinie des feststehenden Meßfühlers 36. des Referenzsignals wieder so angeordnet daß das Re-Dies ist in der oberen Zeile der Fig.4 durch das links is ferenzsignal genau dann erzeugt wird, wenn das von der Linie 51 wiedergegebene impulsförmige Signal Schwingsystem seine Null- bzw. M.ttellage durchläuft 56 dargestellt Das nächste Signal 57 wird erzeugt, wenn In diesem Fall definiert dann diese Markierung gleichdie Miuelmarkierung 45 den Meßfühler 36 überstreicht zeitig auch die Meßnormale. Im übrigen entspricht diese Somit ist dieses Signal 57 das oben ausführlich erläuter- weitere Ausführungsform in Funktion und Aufbau vollte ReferenzsignaL Auf das Referenzsignal 57 folgt ein 20 ständig der unter Bezugnahme auf die Figuren geschilweiteres impulsförmiges Signal 58, das von der bei die- derten Ausführungsform.

sem Oszillationshub hinteren der beiden Markierungen Insbesondere der schematischen Darstellung der

46 47 & h. von der Markierung 46 erzeugt worden ist F i g. 3 läßt sich deutlich entnehmen, daß die erfindungs-Zwischen den Signalen 56 und 57 überstreicht der osail- gemäße Vorrichtung ohne weiteres auch zur Messung lierende Meßfühler 18 die Markierung 14n, was in der 25 von Bogenlängen bzw. Winkeln verwendet werden zweiten Zeile durch den entsprechenden Impuls 55 wie- kann. Dabei könnte in der F i g. 3 der Punkt, in dem die dergegeben ist Nach dem Signal 57 überstreicht der auf der Zeichnungsebene senkrecht stehende Drehachoszillierende Meßfühler 18 die Markierung 14_n+, des se, um die s^:£h die beiden Körper 2 und 3 relativ zueinfeststehenden Markierungsträgers 9, wodurch das in der ander bewegen, entweder oben oder unten liegen. Im zweiten Zeile der F i g. 4 wiedergegebene Meßfühleirsi- 30 ersten Fall könnte dann z. B. der erste Markierungsträgnal 60 erzeugt wird. ger 9 als volle Kreisscheibe ausgebildet werden, um d.e

Wie oben ausführlich erläutert und in F i g. 4 noch- die Abtastvorrichtung 8 außen umlauft Im anderen Fall mais angedeutet werden einerseits der Zeitabstand Δ t wäre der erste Markierungsträger 9 ein scheibenformizwischen dem Referenzsignal 57 und dem Meßfühlersi- ger Kreisring, dessen Innenkante vom Meßfühlerträger gnal 60 und andererseits der Zeitabstand to zwischen 35 umgriffen ist

den beiden impulsförmigen Signalen 56 und 58 ausge-

messen. Aus diesen Meßwerten und dem bekannten Hierzu 2 Blatt Zeichnungen ■

geometrischen Abstand se der den Signalen 56,58 züge- I

ordneten Markierungen 46,47 ergibt sich dann der gesuchte Abstand d gemäß der oben erläuterten Glei- 40 chung(3).

Durch Subtraktion des Wertes d von dem als bekannt vorausgesetzten Abstand der Markierung 14_n+i vom Nullpunkt der Relativbewegung zwischen den beiden Körpern 2 und 3 ergibt sich der Abstand der MeBinor- 45 malen 16 von diesem Nullpunkt wenn man anniimmt daß dieser (nicht dargestellte) Nullpunkt in F i g. 3 auf der linken Seite liegt.

In der oberen Zeile der F i g. 4 sind ganz rechts zwei weitere impulsförmige Signale 62, 63 dargestellt, die 50 vom Meßfühler 36 beim Vorbeilaufen der Markierung 48 kurz vor und kurz nach dem Durchgang des Schwingsystems durch den zweiten Umkehrpunkt abgegeben werden. Wie man der Fig.4 deutlich entnimmt ist der Zeitabstand zwischen den beiden impuls- 55 I förmigen Signalen 62, 63 kleiner als der entsprechende I Zeitabstand zwischen den beiden impulsförmigen Signalen 53 und 54, was darauf beruht daß die zugehörigen Markierungen 49 und 48 unterschiedliche Abstände von der in der Mitte des Schwingsystems befindlichen 60 Markierung 45 besitzen. Durch Auswertung dieser verschiedenen Zeitabstände läßt sich ein Signal gewinnen, das die Richtung des jeweils nachfolgenden Oszillationshubes anzeigt.

Außerdem dürfen die Zeitabstände zwischen den Si- 65 gnalen 53,54 einerseits und den Signalen 62,63 andererseits einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten, damit sichergestellt ist, daß das Schwingsystem

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Länge einer Strecke oder eines Bogens, die bzw. der bei der Relativbewegung zweier Körper durchlaufen wird, von denen der eine mit einem Markierungsträger fest verbunden ist, der eine Vielzahl von in Richtung der Relativbewegung voneinander beabstandeten Markierungen aufweist, während am anderen Körper eine Abtasteinrichtung mit einem Meßfühler vorgesehen ist, der zum Abtasten der Markierungen eine von der Relativbewegung der beiden Körper unabhängige Beweg?ing ausführt und dessen nachgeschalteter Geber jedesmal dann ein Signal abgibt, wenn die ts Meßschwerlinie des Meßfühlers die optische Mitte einer Markierung überquert, b*i dem in wenigstens einem der Endpunkte der auszumessenden Strecke oder des auszumessenden Bogens der Zeitabstand zwischen wenigstens einem Referenzsignal, das eine vorbestimmte Lage des sich bewegenden Meßfühlers bezüglich einer an dem ihn tragenden Körper festgelegten, auf der Richtung der Relativbewegung senkrecht stehenden Meßnormalen kennzeichnet, und wenigstens einem Meßfühlersignal gemessen wird, das einer identifizierten Markierung des Markierungsträgers zugeordnet ist, deren optische Mitte einen bekannten Abstand vom anderen Endpunkt der Strecke oder des Bogens besitzt, und bei dem aus der vorbestimmten Lage, aus dem gemessenen Zeitabstand und aus einer die momentane Geschwindigkeit des Meßfühlers bezüglich des ihn tragenden Körpers kennzeichnenden Größe der momentane Abstand der Meßnormalen von der optischen Mitte der identifizierten Markierung berechnet wird, d a -durch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Meßfühlers eine zur Richtung der Relativbewegung der beiden Körper in etwa parallel bzw. tangential gerichtete Oszillationsbewegung ist und daß die vorbestimmte Lage des Meßfühlers, in der das Referenzsignal erzeugt wird, ein parallel zur Bahn der Oszillationsbewegung gemessener Abstand der Meßschwerlinie des Meßfühlers von der Meßnormalen ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationsbewegung eine Sinusschwingung ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßnormale durch den Mittenpunkt der Oszillationsbewegung gelegt ist. so

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal dann erzeugt wird, wenn der vorbestimmte Abstand der Meßschwerlinie des oszillierenden Meßfühlers von der Meßnormalen gleich Null ist

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal durch einen einem zweiten Meßfühler nachgeschalteten Geber immer dann erzeugt wird, wenn der Meßfühler eine sich aufgrund der Oszillationsbewegung an ihm vorbeibewegende, auf einem zweiten Markierungsträger angebrachte Markierung abtastet, wobei entweder der zweite Meßfühler oder der zweite Markierungsträger mit dem die Abtastvorrichtung tragenden Körper verbunden ist und das jeweils andere Element mit dem ersten Meßfühler mitschwingt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung einer die momentane Oszillationsgeschwindigkeit des Meßfühlers kennzeichnenden Größe der Zeitabstand von zwei vom zweiten Meßfühler abgegebenen Signalen gemessen wird, die zwei Markierungen zugeordnet sind, die auf dem zweiten Markierungsträger in Richtung der Oszülationsbewegung voneinander beabstandet und symmetrisch zu der zur Erzeugung des Referenzsignals dienenden Markierung angeordnet sind

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden Markierungen, die zur Gewinnung der die momentane Oszillationsgeschwindigkeit kennzeichnenden Größe dienen, in Abhängigkeit von der Maximalamplitude der Oszillationsbewegung so gewählt wird, daß die Oszillationsgeschwindigkeit mit ausreichender Näherung in dem ausgemessenen Zeitraum konstant ist, der zwischen jeweik zwei zusammengehörigen, diesen Markierungen zugeordneten Signalen des zweiten Meßfühlers liegt

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ständig überwacht wird, ob die maximale Amplitude der Oszillationsbewegung einen vorbestimmten Wert nicht unterschreitet

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die momentane Richtung der Oszülationsbewegung kennzeichnendes Signal erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß auf dem ersten Markierungsträger die Markierungen so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß der oszillierende Meßfühler in jeder beliebigen Position der beiden gegeneinander bewegbaren Körper wenigstens zwei Markierungen innerhalb des Zeitraumes überstreicht, in dem die Oszillationsgeschwindigkeit in ausreichender Näherung konstant ist

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitabstände zwischen dem wenigstens einen Referenzsignal und dem ihm unmittelbar vorausgehenden, einer Markierung des ersten Markierungsträgers zugeordneten Signal des oszillierenden Meßfühlers sowie zwischen dem Referenzsignal und dem ihm unmittelbar nachfolgenden, einer anderen Markierung des ersten Markierungsträgers zugeordneten Signal des oszillierenden Meßfühlers gemessen werden.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem an dem einen Körper starr befestigten Markierungsträger, mit einer am anderen Körper angeordneten Abtastvorrichtung, die einen sich unabhängig von der Relativbewegung der beiden Körper bewegenden Meßfühler mit einem nachgeschalteten, beim Abtasten einer Markierung jeweils ein zeitsignifikantes Signal erzeugenden Geber umfaßt mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines eine vorbestimmte Lage des Meßfühlers bezüglich einer an dem ihn tragenden Körper festgelegten Meßnormalen kennzeichnenden Referenzsignals, mit einer Identifizierungsvorrichtung zum Erkennen der jeweils vom Meßfühler abgetasteten Markierung des Markierungsträgers, mit einer die Zeitabstände zwischen den identifizierten Markierungen zugeordneten Signalen und dem Referenzsignal ausmessenden Zeitmeßvorrichtung, mit einer die Längen- bzw. Winkelabstände der einzelnen Markierungen von einem vorbestimmten Nullpunkt

sowie einen die Lage des Meßfühlers bezüglich der Meßnormalen zum Zeitpunkt der Erzeugung des Referenzsignals enthaltenden Speicher, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer die momentane Geschwindigkeit des Meßfühlers bezüglich des ihn tragenden Körpers kennzeichnenden Größe und mit einer zum Berechnen des momentanen Abstandes der Meßnormalen von wenigstens einer der identifizierten, abgetasteten Markierungen und vom Nullpunkt <ip.r Relativbewegung aus diesen Größen dienende Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (18) an dem ihn tragenden Körper (3) über ein eine zur Richtung der Relativbewegung der beiden Körper (2,3) in etwa parallele Oszillationsbewegung ausführendes Schwingelement (22) gelagert ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingelement (22) wenigstens eine sich in Richtung der OszDlationsbewegung erstreckende Stange (23) und einen am Mittelbereich der Stange (23) befestigten Meßfühlerträger (19) umfaßt und daß die freien Enden der Stange (23) jeweils über ein Gleitlager in einem an dem die Abtastvorrichtung (8) tragenden Körper (3) befestigten Lagerbock (27) gelagert und für die Oszillationsbe- 2s wegung geführt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (23) aus ferromagnetischem Material besteht und als Anker wenigstens eines zur Erzeugung der Oszillationsbewegung ansteuerbaren Elektromagneten ausgebildet ist

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Enden der Stange (23) als Kern in eine elektromagnetische Spule (29 oder 30) hineinragt

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Stange (23) jeweils als Kern in eine eigene elektromagnetische Spule (29,30) hineinragen und daß das Schwingelement (22) eine zweite, mit dem Meßfühlerträger (19) verbundene, zur Führung dienende Stange (24) umfaßt, die parallel zur ersten Stange (23) angeordnet ist und deren beide Enden ebenfalls im Lagerbock (27) gleitend gelagert und geführt sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß der oszillierende Meßfühler (18) an dem Schwingelement (22) so befestigt ist, daß seine Meßschwerlinie durch den Mittenpunkt der Oszillationsbewegung verläuft, wenn das Schwingelement (22) seine unausgelenkte Mittellage durchläuft

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

17, dadurch gekennzeichnet daß an dem Meßfühlerträger (19) ein zweiter, mitoszillierender Markierungsträger (35) befestigt ist, auf dem die zur Erzeugung des Referenzsignals dienende Markierung (45) so angeordnet ist, daß ihre optische Mitte die Meßschwerlinie eines zweiten Meßfühlers (36), der an dem die Abtasteinrichtung (8) tragenden Körper (3) starr befestigt ist, immer gerade dann überstreicht, wenn die Meßschwerlinie des oszillierenden Meßfühlers (18) den Mittenpunkt seiner Bewegungsbahn durchläuft.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Markierungsträger (35) zwei weitere, zur Ermittelung der die momentane Oszillationsgeschwindigkeit kennzeichnenden Größe dienende Markierungen (46,47) aufweist, die symmetrisch zu der zur Erzeugung des Referenzsignals dienenden Markierung (45) und von dieser in Richtung der Oszillationsbewegung beabstandet angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Markierungsträger (35) zwei weitere, zur Überwachung des Erreichens des erforderlichen Mindestwertes für die Maximalamplitude dienende Markierungen (48,49) aufweist, die so angeordnet sind, daß jeweils eine von ihnen kurz vor und kurz nach Durchlaufen eines der Umkehrpunkte der Oszillationsbewegung von der Meßschwerlinie des zweiten Meßfühlers überstrichen wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines die Richtung der Oszillationsbewegung kennzeichnenden Signals die beiden jeweils kurz vor und nach dem Durchlaufen eines Umkehrpunktes abgetasteten Markierungen (48,49) so angeordnet sind, daß die ihnen jeweils zugeordneten Doppelsignale unterschiedliche Zeitabstände aufweisen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei der der erste Markierungsträger ein Linearmaßstab ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmaßstab (9) im Inneren eines im wesentlichen U-förmigen, an seinen Enden abgeschlossenen Hohlprofils (4) angeordnet ist, daß am freien Ende eines jeden der beiden Schenkel (10, 11) des Hohlprofils (4) ein sich über die ganze Länge des Hohlprofils (4) erstreckender, an den dichten Endabschlüssen des Hohlprofils dicht anliegender, schlauchförmiger, mit einem unter Druck stehenden Medium füllbarer Dichtkörper (39, 40) befestigt ist, daß die Querschnittsabmessungen der beiden Dichtkörper (39, 40) so bemessen sind, daß sie im gefüllten Zustand aneinander anliegen und somit den Innenraum des Hohlprofils (4) dicht abschließen» und daß die Abtasteinrichtung (8) an einem sich zwischen den beiden Dichtkörpern (39, 40) hindurcherstreckenden Arm (6) des die Abtasteinrichtung (8) tragenden Körpers (3) befestigt und im Inneren des Hohlprofils (4) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (27) vermittels wenigstens eines linearen Kugellagers (72,73) am Hohlprofil (4) geführt ist

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das lineare Kugellager (72, 73) eine die Kugeln (74,75) halternde und mitnehmende, sich in Richtung der Linearbewegung erstreckende, in etwa V-förmige Nut (76, 79) in einer Fläche des Lagerbocks (27) und eine die Kugeln (74,75) führende, sich in Richtung der Linearbewegung und über deren gesamte Länge erstreckend«, in etwa V-förmige Nut (77, 78) in einer der Fläche des Lagerbocks (27) unmittelbar gegenüberliegenden Innenfläche des Hohlprofils (4) umfaßt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelwinkel der Nut (76, 79) im Lagerbock (27) spitzer als der Scheitelwinkel der Nut (77,78) im Hohlprofil (4) ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwei lineare Kugellager (72, 73) in einer zur Richtung der Linearbewegung und zur Längsrichtung des Armes (6) senkrechten Richtung voneinander beabstandet und beiderseits der Ebene, in der die Oszillationsbewegung des

ersten Meßfühlers (18) und des zweiten Markierungsträgers (35) verläuft, angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer Länge gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 12.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen werden z. B. in der Industrie überall dort verwendet, wo ein Maschinenteil gegen den Rest der Maschine entweder auf einer linearen Bahn hin- und herbewegbar oder um eine Achse drehbar ist und entweder kontinuierlich oder zu bestimmten vorgegebenen Zeitpunkten die momentane Position des beweglichen Maschinenteils dadurch gekennzeichnet werden soll, daß der lineare Abstand oder der Winkelabstand eines an dem beweglichen Maschinenteil willkürlich definierten Punktes von einem fest vorbestimmten Nullpunkt oder einem momentan willkürlich festgelegten Bezugspunkt aus gemessen wird.

In beiden Fällen ist mit dem einen der beiden relativ zueinander bewegbaren Körper ein Markierungsträger, d. h. z. B. entweder ein unter Umständen mehrere Meter langer Linearmaßstab oder eine im allgemeinen kreisförmige Skalenscheibe verbunden, wobei der Markierungsträger eine Vielzahl von in Richtung der Relativbewegung, d. h. linear oder winkelmäßig voneinander beabstandete Markierungen aufweist, die im allgemeinen die Form von sich senkrecht zur Richtung der Relativbewegung erstreckenden schmalen Streifen bzw. Strichen besitzen. Der andere der beiden Körper trägt dann eine Abtastvorrichtung, deren Meßfühler in der Lage ist, die Markierungen zu erkennen und immer dann ein Signal zu erzeugen, wenn eine solche Markierung an ihm vorbeiläuft.

Mit Hilfe dieser Abtastvorrichtung kann dann auch der oben erwähnte Punkt des die Abtastvorrichtung tragenden Körpers definiert werden, dessen linearer oder winkelmäßiger Abstand von einem am anderen Körper definierten Bezugs- oder Nullpunkt gemessen werden soll. Legt man durch diesen mit Hilfe der Abtasteinrichtung zu definierenden Punkt des einen Körpers eine zur Richtung der Relativbewegung senkrechte Gerade, die im Fall einer Drehbewegung radial durch den Drehmittelpunkt verläuft, so ist es genau genommen der Abstand dieser im folgenden kurz als Meßnormale bezeichneten Geraden vom Nullpunkt der Relativbewegung, der bei den in Rede stehenden Verfahren ausgemessen werden soll.

Um bei derartigen Meßverfahren zu einer möglichst hohen Genauigkeit und einem möglichst großen Auflösungsvermögen zu kommen, war es früher erforderlich, den Linearmaßstab bzw. die kreisförmige Skalenscheibe mit einer möglichst großen Anzahl von Skalenstrichen zu versehen, die sowohl hinsichtlich ihrer möglichst klein zu haltenden Breite als auch der Gleichförmigkeit ihrer gegenseitigen Abstände und ihres zur Richtung der Relativbewegung möglichst senkrechten Verlaufes sehr hohen Anforderungen genügen mußten.

Zur Vermeidung der hierdurch bedingten hohen Herstellungskosten sind aus der DE-OS 30 18 496 bzw. der DE-OS 3018 527 Verfahren der eingangs genannten Art zur Messung eines Winkels bzw. Bogenabstandes und zur Messung eines linearen Abstandes bekannt, bei denen zwischen dem abzutastenden Markierungsträger und dem Meßfühler der Abtasteinrichtung eine von der Relativbewegung der beiden Körper unabhängige Rotationsbewegung stattfindet, deren Winkelgeschwindigkeit ständig gemessen wird. Trotz der Verwendung von einfachen und damit billigen Markierungsträgern, bei denen vergleichsweise wenig Markierungen mit relativ großer Breite ohne besondere Anforderungen an die Gleichförmigkeit der gegenseitigen Abstände und die Exaktheit ihrer Ausrichtung vorgesehen sind, wird eine hohe Meßgenauigkeit und eine große Auflösung dadurch erzielt, daß die Markierungsstreifen individuell to erkannt und ihre Abstände in einem Eichlauf durch Messung der Zeitabstände der elektrischen Signale exakt vermessen werden, die der Meßfühler der Abtasteinrichtung erzeugt. Durch Vergleich der so gewonnenen und gespeicherten Eichwerte mit den während des Betriebs neu gemessenen, entsprechenden Zeitabstandswerten und Berücksichtigung der momentanen Rotationsgeschwindigkeit ergibt sich der gesuchte Abstand mit der Genauigkeit der Zeitmessung.
Insbesondere das aus der DE-OS 30 18 527 bekannte, nach diesem Prinzip arbeitende Längenmeßverfahren weist jedoch trotz der Tatsache, daß es zu außerordentlich exakten Meßergebnissen führt, hinsichtlich des erforderlichen technischen Aufwandes einige Nachteile auf. Da hier der abzutastende Linearmaßstab notwendigerweise feststehen muß, wird die oben erwähnte relative Rotationsbewegung dadurch erzielt, daß der Meßfühler der Abtasteinrichtung sich permanent auf einer Kreisbahn so bewegt, daß er den interessierenden Teil des Linearmaßstabes periodisch überstreicht Da die gewünschte hohe Meßgenauigkeit nur dann erzielt werden kann, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Meßfühlers während des Meßvorganges genau bekannt und sehr konstant ist, muß einerseits zum Antrieb der Rotationsbewegung ein kostspieliger Motor mit gutem Gleichlauf und andererseits eine mit dem Meßfühler mitrotierende Skalenscheibe verwendet werden, die eine Vielzahl von Markierungen aufweist, die durch einen mit dem die Abtasteinrichtung tragenden Körper fest verbundenen zweiten Meßfühler abgetastet werden, um nach einem aus der DE-OS 30 18 528 bekannten Verfahren die Winkelgeschwindigkeit ständig zu messen und auf Konstanz zu überwachen. Da zur Durchführung dieses Verfahrens die Markierungen der rotierenden Skalenscheibe ebenfalls einzeln identifiziert, ihre gegenseitigen Winkelabstände in ständig zu wiederholenden Eichläufen ausgemessen und die so erhaltenen Eichwerte für den späteren Vergleich mit den momentan gemessenen Zeitabstandswerten gespeichert werden müssen, ist hier ein vergleichsweise großer Datenverarbeitungsso aufwand erforderlich. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, den Radius der vom rotierenden Meßfühler durchlaufenen Kreisbahn möglichst groß zu wählen, um den durch das Ersetzen eines geraden Abstandes durch einen Bogenabstand entstehenden Meßfehler möglichst klein zu halten bzw. nicht durch zusätzliche Rechenoperationen korrigieren zu müssen. Hierdurch bekommt die Abtasteinrichtung eine relativ große Bauform, die es schwierig macht, die gesamte Anordnung, die auch noch den unter Umständen mehrere Meter langen Linearmaßstab umfaßt, so gegen Staub und Feuchtigkeit abzuschließen, daß ein Einsatz auch unter erschwerten Industriebedingungen möglich wird. Darüber hinaus ist es schwierig, die elektrischen Verbindungen eines rotierenden elektronischen Bauteils mit der übrigen, sich nicht mitbewegenden Schaltung so auszubilden, daß auclf über lange Betriebszeiten hinweg eine hohe Zuverlässigkeit erzielt wird. Im vorliegenden Fall wird dieses allgemein vorhandene Problem noch dadurch ver-

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